Fagstoff

Høyttalere

Publisert: 10.11.2011, Oppdatert: 04.03.2017

Høyttaler. Foto. I denne noden har vi samlet stoff om høyttalere og litt teori om oppbygning og virkemåte. Her vil du også finne noen lenker til animasjoner og annen informasjon som kan være nyttig når du arbeider med dette temaet.

Hva gjør en høyttaler?

Høyttalere tar imot elektriske vekselstrømsignaler og omdanner disse til lydbølger som øret kan oppfatte.

Klikk deg inn på lenken og se en enkel animasjon av hva som skjer: Lydbølger

       


             

Virkemåte

Alle høyttalere har en membran eller plate som beveger seg fram og tilbake i takt med vekselstrømsignalet vi sender inn i dem. Litt forenklet kan vi si at det er membranen som dytter og drar i lufta, det oppstår trykkvariasjoner, og det er disse variasjonene øret oppfatter som lyd.

Dette kan vi få til ved at høyttalerens membran forbindes med en spole som igjen henges opp inne i et magnetfelt. Vi lar det innkommende vekselstrømsignalet gå inn i spolen. Den varierende strømmen lager da et elektromagnetisk felt med varierende retning rundt spolen, noe som får spolen (og membranen) til å bevege seg i takt med de magnetiske feltendringene.

Her er lenker til to animasjoner som kan være nyttige for å danne seg et bilde av hvordan lufta settes i bevegelse rundt en høyttaler:

"How speakers work" 

"How a speaker works" 

         


            

Bass og diskant

Det er ikke så vanskelig å se for seg at høyttalere med stor diameter skaper store (lange) bølger. Lange bølger har lav frekvens, og øret oppfatter slik lyd som mørke, dype toner. Vi kaller slike toner basstoner eller bare bass.

For høyttalere med liten diameter blir det selvfølgelig omvendt. Vi kaller toner med kort bølgelengde og høy frekvens for diskant.

                  


      

Høyttalerelementer

Vi bruker begrepet høyttaler også om en kasse med flere høyttalere i. Du ser et eksempel på ingressbildet.

Da kaller vi hver høyttaler et høyttalerelement.

Ett og samme høyttalerelement kan ikke gjengi alle lydfrekvenser like godt, og det er derfor vanlig å sette sammen flere høyttalerelementer med forskjellige egenskaper i én kasse for å oppnå best mulig lydgjengivelse.

                  


           

Basshøyttaler

De dype og mørke basstonene har lave frekvenser og lange bølgelengder.

For eksempel har en ren 100 Hz tone bølgelengde på cirka 3,4 m. Da ser du kanskje at man godt kunne ønske seg en stor membran for å skape slike lange bølger.

På den andre siden vil en slik stor bassmembran måtte svinge cirka 100 ganger fram og tilbake per sekund (ved 100 Hz), og det setter noen fysiske begrensninger for hvor stor det er praktisk å lage den.


      

Diskanthøyttaler

De høye, lyse tonene kalles diskant. En ren 10 000 Hz (10 KHz) tone har en bølgelengde på cirka 340 ⁄ 10 000 = 0,034 m = 3,4 cm. Sammenlignet med bølgelengden på en basstone ser du at den er svært kort, og vi kan derfor greie oss med en membran på bare noen centimeter i diameter.

Motsatt av bassmembranen vil diskanten svinge svært hurtig, opp mot 20 000 (20 KHz) svingninger i sekundet. Diskantelementet må være lite og lett for å henge med i slike hastigheter.

Diskanthøyttalere som gjengir spesielt høye diskanttoner, kalles også tweeter.


       

Akustisk kortslutning

Når en høyttalermembran svinger framover, oppstår det en trykkøkning foran den og en trykkminking bak. Vi ønsker at overtrykket på forsiden skal forplante seg rett framover, men noe av dette trykket vil isteden utjevnes direkte til baksiden av membranen hvor det er lavt trykk, og derved svekke utbredelsen av lydbølgen drastisk. Dette kalles akustisk kortslutning.

Det bør derfor være et fysisk skille mellom for- og baksiden av en høyttalermembran. Vi kan oppnå dette ved å sette høyttaleren inn i et hull i en uendelig stor vegg!

I praksis ønsker vi ikke altfor store frontplater (baffel) på høyttalere, men tilstreber en størrelse på minst en halv bølgelengde av den laveste frekvensen høyttaleren skal gjengi.


       

Høyttalerkasser

For å unngå akustisk kortslutning settes høyttalerelementene inn i kasser eller kabinetter.

Høyttalere med tette kasser kalles trykkammerhøyttalere. En tett kasse fører til at lufta inne i kassen blir komprimert når membranen gjør store svingninger innover, og at det oppstår undertrykk når membranen svinger utover. Dette demper utsvinget, spesielt på de laveste frekvensene.

For å unngå dempingen ved over- eller undertrykk har man utviklet bassreflekshøyttalere. Disse høyttalerkassene har en nøye tilpasset kanal som munner ut i et hull. Trykkendringene inne i kassen kan derfor utjevnes, men kanalen fram til hullet er utformet slik at trykkutjevningen forsinkes og akustisk kortslutning unngås.


      

Filter/delefilter

For å gi et godt lydbilde setter man ofte inn tre høyttalerelementer i én kasse. Ett element tar seg av diskanttoner, et annet tar seg av mellomtonene, og et tredje tar seg av basstonene. På denne måten kan vi sikre oss noenlunde bra gjengivelse av alle frekvensområder i lydbildet.

For å velge ut riktig frekvensområde til hvert element brukes det noen elektriske kretser som kalles filter eller delefilter. Dette kan være svært avanserte kretser hvor de viktigste komponentene er kondensatorer og spoler siden disse har frekvensavhengig impedans. Filterteknikk og filterkonstruksjon er et stort og viktig fagområde som du kan fordype deg i hvis du fortsetter å utdanne deg innenfor elektronikkfaget.


         

Høyttalere til surroundanlegg/hjemmekinoanlegg

De siste årene har det blitt mer og mer vanlig med surroundanlegg til hjemmebruk.

Surround betyr egentlig «rundt omkring», og fritt oversatt kan vi kalle slike lydanlegg «rundt-omkring-lyd-anlegg».

I et slikt surroundanlegg benyttes vanligvis følgende høyttalere:

  • Ett basselement (subwoofer)
  • En senterhøyttaler (diskant/mellomtone) plassert i midten foran
  • Fire diskant-/mellomtonehøyttalere til å sette «rundt omkring» ( for eksempel i hjørnene i rommet)

          

Høyttalerprinsipper

Det å omdanne det elektriske lydsignalet til en fysisk membranbevegelse kan gjøres på mange forskjellige måter. Vi kan dele inn høyttalere etter hvilket prinsipp som er brukt, og du vil da få følgende fire hovedgrupper:

  1. Elektrodynamiske
  2. Elektrostatiske
  3. Elektromagnetiske
  4. Piezoelektriske

De to første gruppene ovenfor er mest brukt – og av dem igjen er nok elektrodynamiske høyttalere aller mest utbredt. Vi går ikke nærmere inn på detaljert virkemåte for alle disse prinsippene i VG1.